Tarcze w fizyce jądrowej

Tarcze w fizyce jądrowej - jak je zrobić?
Anna Stolarz
24 Kwiecień
Kwiecień 2009,
2009, Warsztaty
Warsztaty studenckie,
studenckie,
24
Jaka ma być tarcza?:
- z izotopu potrzebnego do przeprowadzenia badanej reakcji jądrowej
- najchętniej złożona tylko z izotopu potrzebnego do badanego efektu
- odpowiedniej grubości
- bez zanieczyszczeń
Metoda przygotowania zależy od:
* właściwości badanego pierwiastka a więc od postaci chemicznej w
jakiej jest dostępny a to decyduje czy będzie to tarcza gazowa czy
ciekła czy tez ciało stałe
* grubości i wielkości tarczy
* samopodtrzymująca czy na podkładce
235U
samopodtrzymujące się
d > 100 μg/cm2
(ale dla C d >
2 μg/cm2)
na podkładce:
zależy nie tylko od grubości tarczy ale też od materiału (np.:
postaci chemicznej)
1 b (σ) = 10-24 cm2
w przybliżeniu odpowiada to
powierzchnii przekroju jądra
uranu
powstała w czasie wojny gdy fizycy związani
z projektem Manhattan dyskutowali
problemy związane z produkcją bomby
atomowe: mówili wtedy, że jądro uranu jest
tak duże jak stodoła, w której często się
spotykali na te dyskusje
JAK?
tanio
skutecznie
czysto
JAK??
mechanicznie:
- walcowanie
- tabletkowanie czyli prasowanie materiału sproszkowanego,
zarówno w postaci metalicznej jak i związku chemicznego
S
S
S
walcowanie
zastosowanie: ograniczone tylko do materiału
kowalnego, do tarcz o grubości > 1 mg/cm2
(w przypadku Sn, In, Pb ograniczenie dolne > 3-5
mg/cm2 ze względu na silną ‘przylepność’ do blachy
stalowej ale np. dla Ni >0.5 mg/cm2)
sprzęt: walcarka + blacha stalowa z wykończeniem o
wysokiej gładkości
metoda: tania i wydajna (50-70%); dająca tarcze o
wysokiej czystości (zanieczyszczenia tylko od
składników stali)
tabletkowanie
zastosowanie: do materiału sypkiego, do tarcz o
grubości paru od mg/cm2 do dziesiatkow g/cm2
sprzęt: prasa hydrauliczna + matryca
S
metoda: łatwa, względnie tania i b.wydajna (9599%) ale jest duże prawdopodobieństwo
zanieczyszczenia tarczy, często także konieczne
jest ‘lepiszcze’
JAK??
chemicznie: głównie elektro-osadzanie, ze środowiska wodnego lub
organicznego
Elektroliza
zastosowanie: tylko do materiałów
przewodzących prąd elektryczny
sprzęt: naczynko reakcyjne + zasilacz
prądu stałego
metoda:
+ b.wydajna (powyżej 80%)
+ względnie jednorodna grubość
+ szeroki zakres grubości (od
mikrogramów do gramów/cm2)
- produkt zanieczyszczony materiałem
elektrod i/lub zanieczyszczeniami
znajdującymi się w elektrolicie
- tylko na podkładce
JAK??
fizycznie:
parowanie w wysokiej próżni,
(grzanie oporowe lub za pomocą działka elektronowego)
Parowanie w próżni ≥ 5×10-6 torr,
materiał tarczowy jest grzany do stanu
parowania. Odparowane atomy czy
cząsteczki kondensują się na podkładce
umieszczonej nad łódeczką/tygielkiem
zalety:
+ możliwość zrobienia nawet b.cienkiej tarczy
+ łatwo zrobić tarczę wielowarstwową
+ środowisko wysokiej próżni – eliminacja
potencjalnych zanieczyszczeń
wady:
- głowna to mała wydajność (duże straty
materiałowe = duże koszty)
Podkładki:
metalowe
węglowe
plastikowe: Mylar, Formvar, Kollodion,
Kapton, Polyimid
pomiary grubości
mechanicznie
ważenie określonej powierzchnii
in-situ w trakcie procesu parowania
za pomocą tzw. wagi kwarcowej
spektrofotometrycznie
pomiar strat energii cząstek α
określanie grubości tarcz radioaktywnych
wstępnie (jeśli robione metodą naparowywania)
in-situ korzystając z tzw. wagi kwarcowej
α
grubość gotowej tarczy oceniana jest przez
pomiar jej aktywności
zaś jednorodność grubości skanowaniem
rozłożenia aktywności
25 x 25 cm
9 µg/cm2 aluminium
Tarcze w fizyce jądrowej - jak je zrobić?
Anna Stolarz
[email protected]